Renforcer le graphène
Réticulation de nanocouches de graphène avec des rotaxanes
Les couches d'atomes de carbone en nid d'abeille constituent un véritable supermatériau : leur conductivité exceptionnellement élevée et leurs propriétés mécaniques favorables pourraient favoriser le développement d'une électronique pliable, de nouvelles batteries et de matériaux composites innovants pour l'aéronautique et les vols spatiaux. Cependant, le développement de films élastiques et résistants reste un défi. Dans la revue Angewandte Chemie, une équipe de chercheurs vient de présenter une méthode permettant de surmonter cet obstacle : elle a relié des nanocouches de graphène par l'intermédiaire de structures de pontage "extensibles".
© Wiley-VCH
Les capacités particulières des nanocouches microscopiques de graphène diminuent souvent lorsque les couches sont assemblées en feuilles, car elles ne sont maintenues ensemble que par des interactions relativement faibles, principalement des liaisons hydrogène. Les approches visant à améliorer les propriétés mécaniques des feuilles de graphène en introduisant des interactions plus fortes n'ont connu qu'un succès partiel, laissant une marge de manœuvre particulière pour l'amélioration de l'extensibilité et de la résistance des matériaux.
Une équipe dirigée par Xuzhou Yan, de l'université Jiao Tong de Shanghai (Chine), a adopté une nouvelle approche : elle a réticulé des nanocouches de graphène avec des molécules mécaniquement imbriquées dont les éléments constitutifs ne sont pas liés chimiquement, mais plutôt enchevêtrés de manière inséparable dans l'espace. Les chercheurs ont choisi d'utiliser des rotaxanes comme liens. Un rotaxane est une "roue" (une grosse molécule en forme d'anneau) qui est "enfilée" sur un "axe" (une chaîne moléculaire). Des groupes volumineux coiffent les axes pour empêcher les roues de se défaire. L'équipe a construit son axe avec un groupe chargé (ammonium) qui maintient la roue dans une position spécifique. Un "ancrage" moléculaire (groupe OH) a été fixé à la fois à l'axe et à la roue par un linker. Le graphène a été oxydé pour obtenir de l'oxyde de graphène, qui forme une variété de groupes contenant de l'oxygène des deux côtés de la couche de graphène. Il s'agit notamment de groupes carboxyles, qui peuvent se lier aux groupes OH (estérification). Cette réaction permet à la roue et à l'essieu de réticuler les couches, après quoi l'oxyde de graphène est réduit à nouveau en graphène.
Lorsque ces films sont étirés ou pliés, les forces d'attraction entre la roue et le groupe ammonium de l'axe doivent être surmontées, ce qui augmente la résistance à la traction. L'augmentation de la contrainte finit par entraîner l'axe à travers la roue jusqu'à ce qu'il "frappe" l'embout. Ce mouvement allonge les ponts de rotaxane, permettant aux couches de glisser l'une sur l'autre, ce qui augmente considérablement l'extensibilité du film.
Les électrodes flexibles fabriquées à partir de cette feuille de graphène-rotaxane ont pu être étirées jusqu'à 20 % ou pliées à plusieurs reprises sans être endommagées. Elles ont également conservé leur conductivité électrique élevée. Seul un étirement de plus de 23 % a entraîné une rupture. Les nouvelles feuilles étaient considérablement plus résistantes que les feuilles sans rotaxane (247,3 contre 74,8 MPa), plus élastiques (23,6 contre 10,2 %) et plus résistantes (23,9 contre 4,0 MJ/m3). L'équipe a également construit un "outil de préhension" simple avec des articulations mécaniques équipées et actionnées par les nouvelles feuilles.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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